(57)【要約】【課題】燃料電池起動時の出力のスムーズな立ち上げを実現できる燃料電池システム及び電子機器を提供する。【解決手段】燃料電池発電部１０１起動時の燃料の初期供により所定時間経過しても出力検出部６で検出される出力電圧が基準電圧に達しないと燃料供給を繰り返し、出力電圧が基準電圧に達したら一定時間内に出力検出部６で検出される出力電流が基準電流に達し、さらに温度センサ１０６で検出される燃料電池発電部１０１の発熱温度が第１の基準温度に達すると、燃料電池発電部１０１を燃料救急を定常運転に移行させ、燃料電池発電部１０１の発熱温度が第１の基準温度に達しないと、出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０で燃料電池発電部１０１への燃料の追加供給を行い、該追加の燃料供給を繰り返しても第１の基準温度に達しないときは燃料電池発電部１０１の燃料供給を定常運転に移行させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料により電力を発電する発電部を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池本体の出力電圧及び出力電流を検出する出力検出手段と、
前記燃料電池本体の起動から定常運転まで前記燃料電池本体への燃料供給を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記燃料電池本体起動時の燃料の初期供給により所定時間経過しても前記出力検出手段で検出される出力電圧が基準電圧に達しないと前記燃料の供給を所定回数繰り返し、前記出力電圧が基準電圧に達したら、一定時間内に前記出力検出手段で検出される出力電流が基準電流に達し、さらに前記温度検出手段で検出される前記燃料電池本体の発熱温度が基準温度に達したことで前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させ、前記燃料電池本体の発熱温度が基準温度に達しないと、前記出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０で前記燃料電池本体への燃料の追加供給を行い、該追加の燃料供給を繰り返しても前記基準温度に達しないときは前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させるように制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料により電力を発電する発電部を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池本体の出力電圧及び出力電流を検出する出力検出手段と、
前記燃料電池本体の起動から定常運転まで前記燃料電池本体への燃料供給を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記燃料電池本体起動時の燃料の初期供給により所定時間経過しても前記出力検出手段で検出される出力電圧が基準電圧に達しないと前記燃料の供給を所定回数繰り返し、前記出力電圧が基準電圧に達したら、一定時間内に前記出力検出手段で検出される出力電流が基準電流に達したことで前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させるように制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料により電力を発電する発電部を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池本体の出力電圧及び出力電流を検出する出力検出手段と、
前記燃料電池本体の起動から定常運転まで前記燃料電池本体への燃料供給を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記燃料電池本体の起動時の燃料の初期供給により前記温度検出手段で検出される前記燃料電池本体の発熱温度が基準温度に達しないと、前記出力検出手段で検出される出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０で前記燃料電池本体への燃料の追加供給を行い、該追加の燃料供給を繰り返しても前記基準温度に達しないときは前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させるように制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記燃料電池本体への燃料の追加供給を、前記燃料電池本体の発熱温度が前記基準温度より低い所定温度よりさらに低いことを条件に実行することを特徴とする請求項１又は３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを電源として使用した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを電源として用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。
【０００３】
そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ；Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌと称する。）が注目されている。かかるＤＭＦＣは、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものはＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。
【０００４】
従来、このようなパッシブ方式のＤＭＦＣとして、特許文献１に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。
【０００５】
また、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献２〜４に開示されている。これら特許文献２〜４は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなＤＭＦＣを主発電部とした燃料電池システムを小型の電子機器の電源として適用した場合、燃料電池起動時に出力をスムーズに立ち上げることが重要である。
【０００７】
従来では、燃料電池起動時、燃料供給用ポンプのオン／オフを決定するオンタイマーとオフタイマーのそれぞれの動作時間を設定し、燃料電池発電部への燃料供給量を調整することにより燃料電池の出力を立ち上げるようにしている。
【０００８】
しかし、このような方法では、全ての燃料電池について一様のタイミングで燃料供給が行われるため、燃料供給用ポンプによる燃料供給量のバラツキ、燃料電池セルの個体差、周囲環境（外気温）などの原因により、燃料電池発電部への燃料供給が過剰になることがある。このため、燃料電池発電部の出力電圧Ｖｏは、例えば図４（ａ）のＡ１に示すように燃料の供給開始ｔｏから短時間で急上昇し、燃料電池発電部の発熱温度Ｔｏは、同図（ｂ）のＢ１に示すように基準温度ＴAを超え、さらに上限温度ＴBも超えて上昇することがあり、システムを組み込んだ電子部品などに悪影響を及ぼすことがあった。一方、逆に、燃料電池発電部への燃料供給が不足することがあると、今度は燃料供給開始から燃料電池発電部での発熱温度が基準温度まで達し所定の制御電圧が出力されるまでに多くの時間を要してしまい、電子機器の電源として使い勝手が低下するという問題もあった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池起動時の出力のスムーズな立ち上げを実現できる燃料電池システム及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、燃料により電力を発電する発電部を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池本体の出力電圧及び出力電流を検出する出力検出手段と、前記燃料電池本体の起動から定常運転まで前記燃料電池本体への燃料供給を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記燃料電池本体起動時の燃料の初期供給により所定時間経過しても前記出力検出手段で検出される出力電圧が基準電圧に達しないと前記燃料の供給を所定回数繰り返し、前記出力電圧が基準電圧に達したら、一定時間内に前記出力検出手段で検出される出力電流が基準電流に達し、さらに前記温度検出手段で検出される前記燃料電池本体の発熱温度が基準温度に達したことで前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させ、前記燃料電池本体の発熱温度が基準温度に達しないと、前記出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０で前記燃料電池本体への燃料の追加供給を行い、該追加の燃料供給を繰り返しても前記基準温度に達しないときは前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させるように制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明は、燃料により電力を発電する発電部を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池本体の出力電圧及び出力電流を検出する出力検出手段と、前記燃料電池本体の起動から定常運転まで前記燃料電池本体への燃料供給を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記燃料電池本体起動時の燃料の初期供給により所定時間経過しても前記出力検出手段で検出される出力電圧が基準電圧に達しないと前記燃料の供給を所定回数繰り返し、前記出力電圧が基準電圧に達したら、一定時間内に前記出力検出手段で検出される出力電流が基準電流に達したことで前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させるように制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明は、燃料により電力を発電する発電部を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池本体の出力電圧及び出力電流を検出する出力検出手段と、前記燃料電池本体の起動から定常運転まで前記燃料電池本体への燃料供給を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記燃料電池本体の起動時の燃料の初期供給により前記温度検出手段で検出される前記燃料電池本体の発熱温度が基準温度に達しないと、前記出力検出手段で検出される出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０で前記燃料電池本体への燃料の追加供給を行い、該追加の燃料供給を繰り返しても前記基準温度に達しないときは前記燃料電池本体の燃料供給を定常運転に移行させるように制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、前記制御手段は、前記燃料電池本体への燃料の追加供給を、前記燃料電池本体の発熱温度が前記基準温度より低い所定温度よりさらに低いことを条件に実行することを特徴としている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを電源として使用した電子機器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池起動時の出力のスムーズな立ち上げを実現できる燃料電池システム及び電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示している。
【００１８】
図１において、１は燃料電池本体（ＤＭＦＣ）で、この燃料電池本体１は、起電部を構成する燃料電池発電部（セル）１０１、液体燃料を収容する燃料収容部１０２、燃料収容部１０２と燃料電池発電部（セル）１０１を接続する流路１０３及び燃料収容部１０２から燃料電池発電部（セル）１０１に液体燃料を移送するための燃料供給制御手段としてのポンプ１０４を有している。
【００１９】
図２は、このような燃料電池本体１をさらに詳細に説明するための断面図である。
【００２０】
この場合、燃料電池発電部１０１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００２１】
ここで、アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２２】
電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。
【００２３】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。
【００２４】
アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。電解質膜１７と後述する燃料分配機構１０５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部１０１からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２５】
カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００２６】
燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３側には、燃料分配機構１０５が配置されている。燃料分配機構１０５には配管のような液体燃料の流路１０３を介して燃料収容部１０２が接続されている。
【００２７】
燃料収容部１０２には、燃料電池発電部１０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部１０２には燃料電池発電部１０１に応じた液体燃料が収容される。
【００２８】
燃料分配機構１０５には燃料収容部１０２から流路１０３を介して燃料が導入される。流路１０３は燃料分配機構１０５や燃料収容部１０２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１０５は流路１０３を介して燃料収容部１０２と接続されていればよい。
【００２９】
ここで、燃料分配機構１０５は図３に示すように、燃料が流路１０３を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には図２に示すように、燃料注入口２１から導かれた燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。
【００３０】
燃料注入口２１から燃料分配機構１０５に導入された燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１０５とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口２２からアノード１３の複数個所に向けて排出される。
【００３１】
燃料排出口２２は燃料電池発電部１０１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口２２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部１０１の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ2の燃料排出口２２が存在するように形成することが好ましい。
【００３２】
燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２の間を接続する流路１０３には、燃料移送制御手段としてのポンプ１０４が挿入されている。このポンプ１０４は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部１０２から燃料分配機構１０５に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１０４で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ１０４としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３３】
また、ポンプ１０４には、後述する燃料供給制御回路５が接続され、ポンプ１０４の駆動が制御される。この点については後述する。
【００３４】
このような構成において、燃料収容部１０２に収容された燃料は、ポンプ１０４により流路１０３を移送され、燃料分配機構１０５に供給される。そして、燃料分配機構１０５から放出された燃料は、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３に供給される。燃料電池発電部１０１内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３５】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …(1)
この反応で生成した電子（ｅ-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）１６に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。
【００３６】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …(2)
図１に戻って、このように構成された燃料電池本体１は、燃料電池発電部（セル）１０１に第２の温度検出手段としての温度センサ１０６が設けられている。この温度センサ１０６は、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱部の温度を検出するもので、例えば、サーミスタや熱電対からなり、図２に示す燃料電池発電部（セル）１０１のカソード(空気極)１６に配置されている。また、温度センサ１０６は、発熱温度に対応する検出信号を制御部７に出力する。制御部７については、後述する。
【００３７】
燃料電池本体１には、出力検出部６及び出力調整手段としてＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整回路）２が接続されている。出力検出部６は、燃料電池発電部（セル）１０１の出力として出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを検出し、これら出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏにそれぞれ対応する検出信号を制御部７に出力する。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により燃料電池本体１で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させ、燃料電池本体１からの比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力は、補助電源４に供給される。
【００３９】
なお、ここでは標準的な昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２を示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。
【００４０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端には、補助電源４が接続されている。この補助電源４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力により充電可能としたもので、電子機器本体３の瞬間的な負荷変動に対して電流を供給し、また、燃料枯渇状態になって前記燃料電池本体１が発電不能に陥った場合に電子機器本体３の駆動電源として用いられる。この補助電源４には、充放電可能な二次電池(例えばリチウムイオン充電池（ＬＩＢ）)や電気二重層コンデンサ）が用いられる。
【００４１】
補助電源４には、燃料供給制御回路５が接続されている。この燃料供給制御回路５は、補助電源４を電源としてポンプ１０４の動作を制御するもので、制御部７の指示に基づいてポンプ１０４をオン／オフ制御する。
【００４２】
燃料供給制御回路５には、制御部７が接続されている。
【００４３】
制御部７は、システム全体を制御するもので、出力設定部７０１、基準温度設定部７０２、タイマー７０３及びポンプ制御信号発生部７０４を有している。出力設定部７０１は、燃料電池起動時の動作基準値となる基準電圧及び基準電流などを記憶している。基準温度設定部７０２は、燃料電池本体１の起動から定常運転までの期間で設定される各基準温度を記憶している。タイマー７０３は、燃料電池起動時の予め設定された各時間をカウントするとともに、ポンプ１０４のオン時間を決定するオンタイマー及びポンプ１０４のオフ時間を決定するオンタイマーとしても動作する。ポンプ制御信号発生部７０４は、オンタイマー及びオンタイマーの動作に応じてポンプ１０４の動作時間を決定するオン信号とポンプ１０４の停止時間を決定するオフ信号を出力するとともに、出力検出部６の検出信号と出力設定部７０１に記憶される出力電圧及び出力電流の各設定値との比較結果、温度センサ１０６の出力と基準温度設定部７０２に記憶される基準温度との比較結果及びタイマー７０３のカウント値などに応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力する。
【００４４】
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。
【００４５】
いま、燃料電池システムの起動指示により、制御部７において図５に示すフローチャートが実行される。
【００４６】
まず、ステップ５０１で、ポンプ１０４への燃料の初期供給が指示される。この場合の燃料供給は、ポンプ制御信号発生部７０４よりポンプ１０４のオン信号を出力し、ポンプ１０４の流量最大の状態で、第１の所定時間だけ実行する。このときのオン信号の発生時間は、タイマー７０３によりカウントされる。そして、第１の所定時間が経過すると、ステップ５０２に進む。
【００４７】
ステップ５０２では、起動から第２の所定時間（例えば第１の所定時間の３倍）以内で出力電圧が基準電圧に到達したか判断する。この判断は、出力検出部６の検出信号（出力電圧Ｖｏ）と、出力設定部７０１に記憶された基準電圧との比較結果により判断される。ここで、ＮＯと判断されると、ステップ５０３に進む。ステップ５０３では、燃料の初期供給が３回目かが判断される。この場合、ＮＯならば、ステップ５０１に戻り、２回目の燃料の初期供給を行い、以下、ステップ５０２において、第２の所定時間以内で出力電圧が基準電圧に到達したと判断されるまで、ステップ５０１〜５０３の動作を繰り返して実行する。その後、このような繰り返し動作により、ステップ５０３で燃料の初期供給が３回目と判断されると、ステップ５０４に進み、燃料電池システムの起動エラーとして処理する。つまり、ポンプ１０４への燃料の初期供給を３回まで繰り返し、それでも出力電圧が基準電圧に達しない場合は、電子機器本体３への給電は困難と判断しエラー処理する。
【００４８】
一方、ステップ５０２において、第２の所定時間以内で出力電圧が基準電圧に到達したと判断されると、ステップ５０５に進む。ステップ５０５では、電子機器本体３への給電、つまり負荷を開始するとともに、起動から第２の所定時間の３倍強の第３の所定時間以内に出力電流が基準電流以上になったかが判断される。この場合の判断は、出力検出部６の検出信号（出力電流Ｉｏ）と、出力設定部７０１に記憶された基準電流との比較結果により行われる。ここで、ＮＯと判断された場合は、電子機器本体３への給電は困難と判断しエラー処理する（ステップ５０６）。一方、ＹＥＳと判断された場合は、ステップ５０７に進む。ステップ５０７では、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が基準温度の第１の基準温度より小さいかが判断される。この場合、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度は、温度センサ１０６の検出信号により取得される。また、第１の基準温度は、基準温度設定部７０２に予め記憶されている。
【００４９】
ここで、温度センサ１０６で検出される燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が基準温度より小さくＹＥＳと判断されると、つまり、上述のステップ５０１からステップ５０５までの初期時の燃料供給により定常運転時の基準温度、ここでは第１の基準温度に達しない場合は、ステップ５０８に進む。ステップ５０８では、第４の所定時間以上連続して出力電流の増加分（ΔＩ）がゼロかが判断される。このときの第４の所定時間以上は、タイマー７０３によりカウントされる。
【００５０】
ここで、ＹＥＳと判断されると、このタイミングで燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度よりも僅かに低い第１の所定温度より低いこと（ステップ５０９）を条件に、ステップ５１０に進む。この場合の第１の所定温度も基準温度設定部７０２に予め記憶されている。ステップ５０９は、追加の燃料供給により過剰に温度上昇するのを防止するため第１の基準温度よりも僅かに低い第１の所定温度にあることを確認するためである。
【００５１】
ステップ５１０では、追加の燃料供給が４回目かが判断される。ここで、ＮＯであれば、ステップ５１１に進み、ポンプ制御信号発生部７０４よりポンプ１０４のオン信号を出力し、ポンプ１０４を、例えば第１の所定時間と同様の時間だけ動作させ、燃料の追加供給を行う。そして、ステップ５１２で、第２の所定時間経過したことを確認したのち、ステップ５０７に戻って、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度より小さいか判断する。このときのポンプ１０４のオン信号の発生時間及び燃料の追加供給後の第２の所定時間の経過時間は、タイマー７０３によりカウントされる。
【００５２】
この状態で、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度より高くなっていて、Ｎ０と判断されると、ステップ５１３以降の定常運転モードに移行する。定常運転については後述する。一方、ステップ５０７において、依然として燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度より低いため、Ｎ０と判断されると、上述したステップ５０８以降の動作が実行される。この場合、ステップ５０８において、第４の所定時間以上連続して出力電流の増加分（ΔＩ）がゼロでなく、ＮＯと判断された場合は、ステップ５０７に戻って、再度燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が基準温度より小さいかが判断され、ここで、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度より高く、Ｎ０と判断されると、ステップ５１３以降の定常運転モードに移行する。一方、ステップ５０８において、依然として第４の所定時間以上連続して出力電流の増加分（ΔＩ）がゼロで、ＹＥＳと判断されると、さらにステップ５０９以降の追加の燃料供給が実行される。その後、このような繰り返し動作により、ステップ５１０で、追加の燃料供給が４回目と判断されると、つまり、４回の追加燃料供給にも定常運転時の第１の基準温度に達しない場合は、ポンプ１０４の流量が少なく過昇温の可能性はないものと判断してステップ５１３の定常運転モードに移行する。
【００５３】
ステップ５１３以降の定常運転モードでは、まず、ステップ５１４で、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度以下に低下したかが判断される。ここで、ＮＯならば、この状態のままで定常運転を続ける。
【００５４】
その後、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度以下に低下すると、ステップ５１４でＹＥＳと判断され、ステップ５１５に進む。ステップ５１５では、タイマー７０３をオンタイマーとして動作させ、第５の所定時間のオン動作を開始する。この場合、ポンプ制御信号発生部７０４よりポンプ１０４のオン信号を出力して燃料電池発電部（セル）１０１への燃料供給を行う。そして、ステップ５１６に進み、オンタイマーの第５の所定時間以内に燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第２の基準温度以上に上昇したかを判断する。ここでの第２の基準温度は、基準温度設定部７０２に予め記憶されている。
【００５５】
ステップ５１６で、ＹＥＳと判断されると、ステップ５１７に進む。ステップ５１７では、オンタイマーをリセットしポンプ１０４の動作を停止させてステップ５１４に戻る。一方、ステップ５１６において、第５の所定時間以内に燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第２の基準温度以上に上昇することなく、ＮＯと判断されると、ステップ５１８に進む。
【００５６】
ステップ５１８では、タイマー７０３をオフタイマーとして動作させ、第６の所定時間（たとえば、第５の所定時間の３倍）の動作を開始する。この場合、ポンプ制御信号発生部７０４よりポンプ１０４のオフ信号を出力して燃料電池発電部（セル）１０１への燃料供給を停止する。そして、ステップ５１９に進み、第６の所定時間以内に燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第２の基準温度以上に上昇したかを判断する。ここで、発熱温度が第２の基準温度以上に上昇してＹＥＳと判断されると、ステップ５１７に進み、オフタイマーをリセットしてポンプ１０４の動作を停止したままステップ５１４に戻る。
【００５７】
一方、ステップ５１９において、第６の所定時間以内に燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第２の基準温度以上に上昇することなく、ＮＯと判断されると、ステップ５２０に進む。ステップ５２０では、オフタイマーによる第６の所定時間のカウントが終了すると、ステップ５１７に進み、オフタイマーをリセットしてポンプ１０４の動作を停止したままステップ５１４に戻る。
【００５８】
したがって、このようにすれば、燃料電池システムの起動時の燃料電池発電部（セル）１０１への燃料の初期供給を、所定時間内に所定の基準電圧が出力されるまで複数回に分けて実行し起動時の燃料供給が常に最適量になるようにした。この場合、ポンプ１０４による燃料電池発電部（セル）１０１への１供給当たりの燃料量をＱ１（ここで、Ｑ１は可変値：各種の条件やばらつき等も含めて最小Ｑ１minから最大Ｑ１max）、燃料電池発電部（セル）１０１が起動時に必要とする燃料量をＱ２（ここで、Ｑ２は固定値：各種の条件やばらつき等も含めて最小Ｑ２minから最大Ｑ２max）としたとき、起動初期時の燃料供給は、常にＱ１≦Ｑ２となるようにＱ１max≦Ｑ２minに設定する。そして、燃料供給により第２の所定時間経過しても出力電圧が基準電圧に達しない場合は、上述した燃料供給を再度実行する。ここで、Ｑ１min×供給回数（例えば３回）になっても基準電圧に達しない場合は、エラーとして処理し、また、基準電圧に達したならば、電子機器本体３への給電、つまり負荷を開始する。さらに負荷開始後も、第３の所定時間内に出力電流が基準電流に達しない場合は、エラーとして処理し、また、基準電流に達したならば、定常運転モードへの移行を可能にするようにした。この場合、燃料電池発電部（セル）１０１の出力電圧Ｖｏは、図４（ａ）のＡ２に示すように燃料の供給開始ｔｏから比較的時間をかけて上昇するようになり、これにより、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度Ｔｏも、同図（ｂ）のＢ２に示すように燃料の供給開始から時間をかけて上昇し基準温度ＴAに基づいて制御されるようになり、上限温度ＴBも超えて上昇するようなことがなくなる。この結果、ポンプ１０４による燃料供給量のバラツキ、燃料電池発電部（セル）１０１の個体差、周囲環境（外気温）など各種の原因が存在しても、燃料の初期供給を最適量に調整することが可能で、起動時の出力のスムーズな立ち上げを実現できるので、燃料電池発電部（セル）１０１での発熱温度が上限温度ＴBを超えて異常に上昇し、システムを組み込んだ電子部品などに悪影響を及ぼすような事態を確実に防止することができる。
【００５９】
また、燃料の初期供給の過程で燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度を監視し、起動時の燃料電池発電部（セル）１０１での発熱温度が常に最適になるようにも制御するようにした。この場合、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度を監視し、この発熱温度が第１の基準温度に達すれば、速やかに定常運転モードに移行し、一方、第１の基準温度に達しない場合は、出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０ならば、さらに燃料の追加供給を行う。この場合の燃料の追加供給は、発熱温度が第１の基準温度より低い第１の所定温度よりさらに低いことを条件に実行し、追加の燃料供給により過剰に温度上昇するのを防止している。そして、追加の燃料供給を複数回（例えば４回）繰り返しても第１の基準温度に達しない場合は、過昇温の可能性はないものと判断して定常運転モードに移行するようにした。これにより、例えば燃料の初期供給の過程で燃料電池発電部（セル）１０１への燃料供給量が不足し、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度まで上昇せず出力電流の増加が得られない場合、さらに燃料の追加供給を行うことで、燃料電池発電部（セル）１０１を定常運転モードに必要な基準温度まで上昇させるようにできるので、起動時の立ち上げをスムーズにして定常運転モードまで速やかに移行することができ、電子機器の電源として使い勝手を改善することができる。また、燃料の追加供給は、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が第１の基準温度よりさらに低いことを条件に実行するようにしたので、追加の燃料供給により過剰に温度上昇するのも確実に防止することもできる。
【００６０】
（変形例１）
第１の実施の形態では、燃料電池システムの起動時の燃料電池発電部（セル）１０１への燃料の初期供給を、所定時間内に所定の基準電圧が出力されるまで複数回に分けて実行し、その後、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が基準温度まで上昇せず出力電流の増加が得られない場合、さらに燃料の追加供給を行うようにしたが、この変形例１では、燃料電池発電部（セル）１０１への燃料の初期供給を、所定時間内に所定の基準電圧が出力されるまで複数回に分けて実行し、この過程で、燃料電池発電部（セル）１０１が基準電圧に達したならば、負荷を開始し、さらに負荷開始後の一定時間内に出力電流が基準電流に達したことで直ちに定常運転モードに移行するようにした。
【００６１】
このようにしても、燃料の初期供給を最適量に調整することが可能となり、第１の実施の形態で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００６２】
（変形例２）
第１の実施の形態では、燃料電池システムの起動時の燃料電池発電部（セル）１０１への燃料の初期供給を、所定時間内に所定の基準電圧が出力されるまで複数回に分けて実行し、その後、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が基準温度まで上昇せず出力電流の増加が得られない場合、さらに燃料の追加供給を行うようにしたが、この変形例２では、起動時の燃料の初期供給で、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度が基準温度に達しない場合、出力電流の増加分（ΔＩ）がΔＩ＜０となったら追加の燃料供給を行い、このような追加の燃料供給を複数回繰り返しても基準温度に達しない場合は、過昇温の可能性はないものと判断して定常運転モードに移行するようにした。
【００６３】
このようにしても、燃料の初期供給を適正に調整することが可能となり、第１の実施の形態で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００６４】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、出力設定部７０１に設定される基準電圧及び基準電流、基準温度設定部７０２に設定される基準温度及び所定温度、タイマー７０３に設定される各種時間は、実際に使用される燃料電池システムに応じて任意に設定される。
【００６５】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００６６】
さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池本体を詳細に説明するための断面図。
【図３】第１の実施の形態の燃料電池本体に用いられる燃料分配機構の斜視図。
【図４】第１の実施の形態の動作を説明するための図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００６８】
１…燃料電池本体、１０１…燃料電池発電部
１０２…燃料収容部、１０３…流路
１０４…ポンプ、１０５…燃料分配機構
１０６…温度センサ、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３…電子機器本体
４…補助電源、５…燃料供給制御回路
６…出力検出部、７…制御部、
７０１…出力設定部、７０２…基準温度設定部、
７０３…タイマー、７０４…ポンプ制御信号発生部、
１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層
１３…アノード、１４…カソード触媒層
１５…カソードガス拡散層、１６…カソード
１７…電解質膜、１８…カバープレート
１９…Ｏリング、２１…燃料注入口
２２…燃料排出口、２３…燃料分配板
２４…空隙部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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